Experimentelle Untersuchung der Schmelzbeziehungen zwischen Bridgmanit und Davemaoit unter Bedingungen des unteren Erdmantels: Implikationen für die frühe Differenzierung der Erde

• Antragsteller: Professor Dr. Tomoo Katsura
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 560750697

Diese wegweisende Forschungsinitiative widmet sich der umfassenden Untersuchung der Schmelzbeziehungen zwischen Bridgmanit (Bdm) und Davemaoit (Dvm) im MgSiO3-CaSiO3-System unter außergewöhnlichen Druckbedingungen bis zu 50 GPa. Diese Studie wird maßgeblich zum Verständnis der chemischen Strukturentwicklung des Erdmantels nach der Magmaozean-Phase beitragen. Aufbauend auf den grundlegenden Erkenntnissen früherer Studien zum eutektischen Schmelzen zwischen Bdm und Dvm bei 22-24 GPa, erweitert dieses Projekt den Untersuchungsbereich systematisch auf 23, 31, 40 und 50 GPa. Diese umfassende Druckreihe ermöglicht erstmals eine präzise Charakterisierung der Druckabhängigkeit der Schmelztemperatur und Zusammensetzung dieser bedeutenden Mantelphasen. Ein zentraler Aspekt der Untersuchung liegt in der Bestimmung des CaSiO3-Gehalts der eutektischen Zusammensetzung bei steigendem Druck. Die mögliche Anreicherung von Davemaoit könnte zur Bildung eines bisher unentdeckten geochemischen Reservoirs im unteren Mantel führen - eine Erkenntnis von fundamentaler Bedeutung für unser Verständnis der Mantelgeochemie. Die experimentelle Durchführung erfolgt mittels einer hochmodernen Multi-Anvil-Presse, die beeindruckende Drücke bis zu 53 GPa und Temperaturen über 3000 K erreicht. Diese fortschrittliche Ultrahochdruck-Temperatur-Multi-Anvil-Methode gewährleistet präzise Messergebnisse unter extremsten Bedingungen. Die Studie wird auch die faszinierende Hypothese von Ko et al. (2022) zur erhöhten CaSiO3-Löslichkeit in Bridgmanit kritisch überprüfen. Erste vielversprechende Resultate deuten auf eine mit steigendem Druck abnehmende Löslichkeit hin, was die kontinuierliche Präsenz von Davemaoit im unteren Mantel nahelegt. Die wissenschaftliche Exzellenz wird durch ein herausragendes Betreuungsteam sichergestellt: Prof. Tomoo Katsura und Dr. Artem Chanyshev leiten die experimentellen Arbeiten, während Dr. Nobuyoshi Miyajima seine Expertise in der strukturellen und chemischen Analyse mittels REM und TEM einbringt. Diese Konstellation bietet optimale Voraussetzungen für die Ausbildung eines Doktoranden in modernsten Hochdruck-Experimentiertechniken. Die systematische Versuchsreihe beginnt mit Validierungsexperimenten bei 23 GPa und schreitet methodisch zu höheren Drücken fort. Durch detaillierte Analysen der Texturveränderungen und chemischen Zusammensetzungen werden fundamentale Einblicke in das Schmelzverhalten von Bdm und Dvm gewonnen. Dieses zukunftsweisende Forschungsprojekt verspricht nicht nur bahnbrechende Erkenntnisse über die Schmelzbeziehungen und Spurenelementverteilung im tiefen Erdmantel, sondern bietet gleichzeitig eine exzellente Plattform für die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses in der anspruchsvollen Hochdruckforschung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen